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帕諾米克與中國林業(yè)科學(xué)研究院合作，于近期在Food Chemistry（最新影響因子5.399）上發(fā)表題為Identification of putative genes for polyphenol biosynthesis in olive fruits and leaves using full-length transcriptome sequencing的學(xué)術(shù)論文，利用靶向代謝組并整合全長轉(zhuǎn)錄組測序，揭示油橄欖多酚合成代謝的關(guān)鍵基因。 油橄欖（Olea europaea L.）是世界重要的經(jīng)濟(jì)林木，原產(chǎn)于地中海與部分亞洲地區(qū)，1956年引進(jìn)中國。除了高含量的油脂，橄欖還富含多酚類物質(zhì)，這類次級代謝產(chǎn)物是功能活性成分，具有抗氧化、抑菌、消炎、抗癌、降血壓等生物活性。然而，目前關(guān)于多酚類物質(zhì)在油橄欖中合成代謝及其基因調(diào)控的研究仍較缺乏。因此，作者運(yùn)用靶向代謝組學(xué)分析聯(lián)合三代全長轉(zhuǎn)錄組測序，對油橄欖多酚類物質(zhì)的合成代謝從分子層面進(jìn)行研究。 液質(zhì)聯(lián)用平臺對處于不同生長階段的橄欖果和葉中的十二種多酚類物質(zhì)進(jìn)行了靶向分析與精準(zhǔn)定量。其中包含5種植物酚酸（對香豆酸、咖啡酸、香草酸、阿魏酸、山楂酸）、2種黃酮醇（蘆丁、槲皮素）、2種類黃酮（木樨草素、芹菜素）、1種裂環(huán)烯醚萜（橄欖苦苷）以及2種酚類（羥基酪醇、酪醇）。在橄欖果和葉中，植物酚酸的總濃度占12種多酚類物質(zhì)的43.95%–70.30%。其中，山楂酸是含量濃度最高的酚酸，為698.67–1105.33 ng/mg鮮重，其他各酚酸含量均小于10 ng/mg鮮重。 圖1. 不同發(fā)育階段橄欖果中的多酚類物質(zhì)含量 在所有分析的樣品中，共鑒定出59845個(gè)轉(zhuǎn)錄本。對于與黃酮類化合物生物合成代謝通路相關(guān)的991個(gè)轉(zhuǎn)錄本，其中的42個(gè)未在油橄欖的果和葉中檢出。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，387個(gè)轉(zhuǎn)錄本在不同發(fā)育時(shí)期中的表達(dá)存在顯著差異，其中涉及HCT、C3H、CSE、COMT等基因。 圖2. 油橄欖類黃酮的生物合成與不同生長階段的差異性表達(dá)基因 由于橄欖苦苷盡在少量物種中存在，其合成通路的研究有限，因此涉及其合成的一些代謝酶未被確定。隨著果實(shí)成熟，1個(gè)GES、4個(gè)G8H、1個(gè)IS、1個(gè)7-DLGT、3個(gè)SLS、1個(gè)LAMT、3個(gè)7-DLH以及3個(gè)IO的轉(zhuǎn)錄本表達(dá)量下降，與橄欖苦苷的濃度變化相對應(yīng)。 圖3. 橄欖苦苷在油橄欖中的生物合成 與羥基酪醇生物合成相關(guān)的轉(zhuǎn)錄本共106個(gè)，其中90個(gè)在此次研究樣品中有表達(dá)，51個(gè)在不同發(fā)育階段的果實(shí)中存在顯著性表達(dá)差異，35個(gè)在不同生長階段的葉片中存在顯著性表達(dá)差異。在果實(shí)與葉片中發(fā)現(xiàn)的DEG共有60個(gè)。 圖4. 羥基酪醇在油橄欖中的生物合成 在所有涉及黃酮類化合物代謝、橄欖苦苷合成和羥基酪醇合成的基因中，此研究共發(fā)現(xiàn)來自18個(gè)基因的232個(gè)選擇性剪接轉(zhuǎn)錄本。在油橄欖中最常見的選擇性剪接方式為內(nèi)含子保留和互斥外顯子。這些發(fā)現(xiàn)有助于了解多酚類物質(zhì)在油橄欖中合成的分子機(jī)制。 結(jié)論 此研究運(yùn)用靶向代謝組學(xué)對不同生長時(shí)期的油橄欖果和葉中的多酚類物質(zhì)進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明，在橄欖果中含量最高的多酚類物質(zhì)為山楂酸，可達(dá)1000 ng/mg鮮重。運(yùn)用二代加三代轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，研究鑒定出17個(gè)基因家族的122個(gè)轉(zhuǎn)錄本與類黃酮合成相關(guān)、9個(gè)基因家族的101個(gè)轉(zhuǎn)錄本與橄欖苦苷合成相關(guān)、6個(gè)基因家族的106個(gè)轉(zhuǎn)錄本與羥基酪醇合成相關(guān)。此外，研究發(fā)現(xiàn)18個(gè)基因的232個(gè)選擇性剪接轉(zhuǎn)錄本。此研究為油橄欖的分子育種與代謝工程奠定基礎(chǔ)。 |
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